Твердотопливные котлы

Бытовые твердотопливные котлы в основной массе применяются для использования в системах радиаторного отопления с принудительной циркуляцией закрытого типа, но также много и классических моделей (из чугунных секций) приспособленных для работы в гравитационных системах отопления с естественной циркуляцией открытого типа. Используют твердотопливные котлы тогда, когда другие виды энергоносителей недоступны или очень дороги.

Твердотопливные отопительные котлы пригодны также для создания запаса санитарной горячей воды, для обеспечения напольного отопления (водяные теплые полы), это осуществимо с помощью дополнительных специальных аккумулирующих баков большой емкостью (500-1500 литров), бойлеров косвенного нагрева и дополнительной регулирующей смесительно-насосной автоматики.

Есть ряд некоторых особенностей, которые отличают твердотопливные устройства от более привычных для потребителей и инсталляторов - электрических и газовых.

Продукты горения твердотопливных котлов выделяют маленькое количество опасных соединений, потому они практически не наносят вреда окружающей среде.

Твердотопливные котлы являются хорошей альтернативой газовым котлам.

При помощи использования твердотопливных котлов есть возможность значительно снизить расходы на горячую воду и отопление, в связи с чем есть смысл их выбирать.

Современные котлы на пеллетах практически не уступают газовым устройствам в комфорте и удобстве использования.

Применение твердотопливного котла как единственного и основного источника горячей воды и тепла имеет свои нюансы, о которых в большинстве случаев потребитель не знает.

Именно поэтому в данном вопросе необходимо получить максимально возможное количество информации до того, как пользователь примет решение об его установке.

Процесс сгорания топлива с выделением тепла достаточно сильно отличается в твердотопливном и газовом котлах.

На сегодняшний день наиболее распространенный вариант использования твердотопливного котла является применение в качестве резервного устройства для поддержания, либо же полноценного функционирования отопительной системы на случай пропадания газа, либо критического падения давления его.

Как основной источник тепла, твердотопливный аппарат раньше использовался достаточно редко, однако сегодня он стал гораздо популярнее.

Связано это с высокой стоимостью подключения к газопроводу дома, а также распространения строительства частных домов в местах, которые имеют неразвитую инфраструктуру.

По способу сгорания топлива котлы бывают:

- Котлы с естественной тягой - в данных моделях процесс сгорания топлива контролируется термостатическим тяговым регулятором открывающим/закрывающим воздушную заслонку, без дополнительной принудительной подачи воздуха;

- Котлы с дополнительной тягой - в отличие от котлов с естественной тягой данный вид оснащен вентилятором, который дополнительно подает воздух в топку, а мощность вентилятора регулируется в зависимости от сжигаемого топлива и дымовой тяги;

- Пиролизные (газогенераторные) котлы - это котлы с более сложным механизмом горения, который заключается в том, что дрова в первичной камере сгорают в низкокислородной среде и при этом выделяется горючий газ, который воспламеняется во вторичной камере;

- Котлы длительного горения - в данных котлах процесс горения происходит сверху вниз, за счет чего на одной закладки топлива достигается более длительный и равномерный прогрев теплоносителя.

Котлы на смешанном топливе с естественной и принудительной тягой

С помощью обычных классических твёрдотопливных котлов с естественной и принудительной тягой, трудно выполнить основную задачу отопления — автономно в длительный отрезок времени поддерживать температуру в помещении постоянной. Необходимо всё время контролировать процесс горения, подкладывать топливо, удалять шлаки и золу.

Устройство универсального твердотопливного котла с естественной тягой

Устройство универсального твердотопливного котла с принудительной тягой

Вариант обвязки твердотопливного котла с резервным электрокотлом и аккумулирующей емкостью

Газогенераторные (пиролизные) котлы

Такие котлы более совершенны – имеют высокий КПД (до 85%), обеспечивают продолжительное и почти полное сгорание топлива, широкий диапазон изменения мощности, имеют более низкие требования к дымоходу, т. к. оснащены нагнетающим вентилятором.

В таком котле загруженное топливо при высокой температуре выделяет горючий газ, который затем подается в камеру сгорания и там сжигается. Такой процесс выделения горючего газа при высокой температуре и отсутствии доступа кислорода называется пиролизом или газификацией.

Его горением можно автоматически управлять, как и сжиганием природного газа или жидкого топлива. Но главное, в газогенераторном котле, по сравнению с обычными котлами, время между загрузками топлива увеличивается в 2 и более раз, и при горении пиролизного газа выделяется значительно больше тепла, чем просто при сжигании дров.

Слабыми сторонами в эксплуатации таких котлов можно считать их относительную дороговизну (они в 1,5 -2,5 раза дороже, чем классические универсальные модели), полная энергозависимость в работе вентилятора форсунки, а также требовательность к отсутствию влаги в топливе (максимум 20%). У многих потенциальных владельцев твердотопливных котлов просто нет возможности держать большой запас высушенных в течение 12 месяцев дров для пиролизного котла. Недобросовестные продавцы газогенераторных котлов иногда умалчивают о жестком требовании к влажности сжигаемого в них топлива.

Котлы длительного (верхнего) горения

Главной отличительной эксплуатационной преимущественной особенностью таких котлов, судя из их названия, очень долгое горение топлива от одной закладки. Например, в котлах Stropuva (Литва), по заявлению производителя, одна закладка дров может гореть около суток, а одна закладка угля до 5-7 суток. Такое происходит благодаря тому, что в них дрова горят не по классической схеме - снизу вверх, а наоборот сверху вниз (вертикальное горение).

Принцип длительного вертикального горения

В таких котлах необходимый для горения воздух поступает в топочное пространство сверху и направляется в очаг горения с помощью распределителя воздуха представляющего собой телескопическую трубу, на конце которой прикреплено устройство, по форме напоминающее зонт. Воздух подается в топку с таким расчетом, чтобы стимулировать сжигание только верхнего слоя дров толщиной 15-20 см. Нижележащие слои котел как бы держит про запас. По мере того как верхний слой прогорает, зонт опускается ниже, но всегда держится на топливе на уровне линии горения. Пепел практически не мешает сжиганию - его достаточно убирать 2-3 раза в месяц.

Так же твердотопливные котлы делятся на стальные и чугунные.

Котлы, которые имеют чугунные теплообменники, менее восприимчивы к жесткости (качеству) воды, однако они очень требовательны к температуре подпиточной воды.

Если в обратную линию горячей отопительной системы подать холодную воду для подпитки, то теплообменник может разрушиться от перепада температур.

Именно поэтому подпитывать отопительную систему необходимо в подающую линию теплой водой.

Сталь - материал пластичный, соответственно стальные котлы менее подвержены разрушению от резкой смены температуры.

Чугунные теплообменники гораздо массивнее стальных.

Это повышает и так высокую инерционность отопительной системы, то есть от момента, когда были загружены дрова до момента, когда в доме становится тепло, проходит большее количество времени.

Чугунные теплообменники можно реже чистить: их КПД, даже в результате появления нагара во время эксплуатации, будет снижаться меньше.

Если есть котельщик, который занимается обслуживанием котельной, стальные котлы будут более комфортными для потребителя (в результате более низкой инерционности).

Если потребителю понадобится обслуживать свой котел самостоятельно, предпочтительнее будет чугунный котел.

В целом период эксплуатации чугунного устройства выше в связи с более высокой коррозийной стойкостью чугуна по сравнению с обыкновенной котловой сталью.

Чугунные конструкции стоят дороже, однако они менее требовательны к сервису и условиям эксплуатации.

Пеллетные котлы

Главной отличительной эксплуатационной особенностью пеллетных котлов в том, что твердое топливо (древесные гранулы - пеллеты) подаются и поджигаются в них автоматически, с помощью установленной специальной горелки с подающим шнеком. В горелку древесные гранулы поступают по шнековому транспортеру из небольшого специального бункера-хранилища размещенного рядом с котлом. Встроенный в горелку вентилятор, осуществляет подачу воздуха в топку котла, а электрическая спираль накаливания поджигает пеллеты. Фотосенсор в горелке следит за наполнением гранулами, включая/отключая внешний шнек. Когда гранулы разгорятся, система управления сама выберет режим подачи топлива, соответствующий заданной мощности, и станет поддерживать его до тех пор, пока теплоноситель в системе не прогреется до необходимой температуры. После этого подача новых порций гранул прекратится, и пеллеты, оставшиеся в сопле горелки, будут потихоньку догорать. Если они полностью не прогорят до следующего включения системы, то новая порция гранул зажжется от них. А если полностью прогорят, то горелка просто повторит весь цикл заново.

В зависимости от конструкции котла и горелки, пеллеты насыпаются в горелку сверху либо через отверстие в ее днище. Разделение шнека, подающего пеллеты, на две части повышает противопожарную безопасность: если даже пламя вырвется из горелки, дальше первого транспортера оно не распространится.

Древесные гранулы, изготавливаются на специальном прессе из стружек, опилок и других отходов деревообрабатывающей промышленности без применения химических добавок и являются экологически чистым и очень калорийным топливом. При прессовании частицы "склеивает" лигнин, содержащийся в древесине. Диаметр гранул - 4-10 мм, длина - 5-30 мм (1 т пеллет занимает объем 1,5 м³). Пеллеты продают в удобных для транспортировки и хранения упаковках. Стоимость пеллет колеблется в диапазоне 2 - 5 тыс. руб. за 1 т, что вполне сопоставимо с ценами на дрова (от 1200 руб. за 1 м³).

Благодаря накопительному бункеру бытовые пеллетные котлы могут работать на одной закладке гранул несколько суток. Например, агрегат мощностью 24 кВт, оснащенный баком на 240 л, при его полной загрузке способен автономно функционировать около 7 дней.

Энергозависимые котлы и энергонезависимые

Энергозависимые конструкции - это устройства, которые имеют вентилятор, нагнетающий воздух в камеру сгорания, а также электрическую панель управления. В большинстве случаев это пиролизные чугунные и стальные котлы. В некоторых случаях непиролизные стальные, которые имеют встроенный вентилятор (чаще всего работает как нагнетатель). Энергонезависимые котлы способны работать без электроэнергии в отопительных системах с естественной циркуляцией. Однако экономичность и комфорт системы с естественной циркуляцией сильно уступают отопительной системе с принудительной циркуляцией.

Минусы твердотопливных котлов

Неудобствами эксплуатации твердотопливных котлов:

- необходимо часто загружать топливом: даже неплохой котел на дровах для непрерывной работы потребует 2 - 5 загрузок/сутки топлива (не учитывая некоторых достаточно дорогих и габаритных моделей, которые обладают очень большим загрузочным бункером),

- при загрузке топлива в помещение время от времени попадает небольшое количество дыма, особенно у конструкций с верхней загрузкой,

- необходимо постоянное поддержание высокой температуры котловой воды, иначе процесс сгорания будет идти с выделением значительного количества смолы и образуется нагар в топке,

- иногда требуется длительный и трудоемкий прогрев при холодном запуске из -за медленного прогрева всей отопительной системы, нагрева кирпичного старого дымохода и тд,.

- частое обслуживание: вынос остатков топлива, очистка камеры сгорания от дегтя, смол и так далее (иногда выполнять очистку необходимо 3-4 раза в месяц и производить ее на теплом котле).

Необходим дымоход с хорошей тягой. При плохой тяге твердое топливо может плохо разгораться, плохо гореть и котел потеряет больше половины своей мощности.

Устройство не может сразу же выйти на предельную мощность после полной загрузки топливом.

Конструкция не может оперативно прекратить вырабатывать тепло в тот момент, когда оно уже не будет нужно.

Приобретая твердотопливный котел, потенциальный владелец не во всех случаях бывает проинформирован об этих особенностях. Если их игнорировать, они могут превратиться в большие неудобства.

Преимущества твердотопливных котлов

Наиболее распространенным твердотопливным котлом из всех видов является классический, т.к. он работает на угле, дровах, торфобрикете и т.п.

Достаточно часто покупатель узнает исключительно о преимуществах твердотопливных котлов.

Их существует немало:

1. Высокая экологичность, дружественность в отношении к окружающей среде.
2. Распространенность и доступность топлива.
3. Возможность измерять время работы и мощность устройства с помощью загрузки топлива различных фракций/размеров (чем меньшими будут размеры, тем большей является мощность и меньше понадобится времени для сгорания топлива).
4. Высокая безопасность (при соблюдении рекомендаций касательно монтажа и эксплуатации) - отсутствует большое энергопотребление и взрывоопасность топлива, в связи с чем опасность перегрузки электросети и взрыва отсутствует. При этом опасность пожара будет минимальна.

Необходимость постоянного запаса холодной воды - недостаток охлаждающего теплообменника.

Главной особенностью функционирования твердотопливного (угольного, дровяного) котла является высокая инерционность процесса сжигания топлива и невозможность полностью остановить ее до момента окончания топлива в камере. Отопительная система может перегрета либо нагрета, а котел будет продолжать вырабатывать тепло, потому как сгорание дров либо угля остановить не получится, можно только лишь несколько уменьшить интенсивность его. Соответственно, отопительную систему понадобится защищать от возможного перегрева - на выходе из котла теплоноситель может нагреваться до 100-110°С. Металлопластиковые и пластиковые трубы отопительной системы подобной температуры не выдерживают, в связи с чем вся система может прийти в негодность.

Стоит обратить внимание на то, что для защиты отопительной системы необходимо использовать переключающие клапаны и охлаждающие теплообменники, а трубопроводы возле котлов (обвязка) должны выполняться из термостойкого материала (медь, сталь).

Охлаждающий теплообменник

Мощность твердотопливного котла напрямую зависит от калорийности вида топлива.

Для того чтобы защитить систему от перегрева, чаще всего используется охлаждающий теплообменник. Он может встраиваться в котел либо устанавливаться между выходом устройства и отопительной системы. Через термоклапан, который чаще всего настроен на 95°С, к охлаждающему теплообменнику подается холодная вода (в большинстве случаев из водопровода). Если котел нагреется до предельной температуры, термоклапан откроется, а холодная вода, протекая через охлаждающий теплообменник, охлаждает до безопасной температуры его. Так будет происходить до тех пор, пока котел не охладится до температуры, которая ниже, чем предельная.

Недостаток данного варианта охлаждения - необходимость постоянного запаса холодной воды. В случае пропадания в водопроводе воды во время перегрева устройство не сможет охладиться и повредит отопительную систему.

Переключающий клапан котла

Еще одно преимущество твердотопливных котлов, практически, отсутствие образования сажи с копотью и золы.

Для защиты отопительной системы от перегрева используется и переключающий (отключающий) клапан, который в случае перегрева котла будет блокировать подачу в систему перегретого теплоносителя (сливается в канализацию), после чего подает холодную воду из водопровода. В данном случае холодная вода должна быть под высоким давлением, чтобы передавить пружина клапана и попасть в подающую линию отопления. Данный вариант защиты прост в реализации, однако кроме жесткого требования к минимальному давлению воды, существуют и другие значительные недостатки: не должно быть высокое давление воды, вода не должна быть жесткая (в противном случае, при попадании жесткой воды в отопительную систему котел и остальные элементы будут покрываться слоем накипи изнутри).

В случае перегрева перегретый теплоноситель сбрасывается в канализацию, тем самым ухудшая экономичность работы всей системы отопления. Большой бак-аккумулятор способен устранить данные недостатки и дает возможность отказаться от дополнительного клапана.

Мощность котла в зависимости от вида топлива

Современные твердотопливные котлы располагают оснащены системой регулирования температурного режима.

Большая часть твердотопливных котлов работают на нескольких видах топлива: антраците, буром угле, дровах, коксе, щепе, топливных брикетах и так далее. Калорийность различных видов топлива значительно отличается, потому мощность котла и период работы от одной загрузки будет разной на разных видах топлива. Человек, который приобретает котел, часто думает, что мощность конструкции будет одинаковой, независимо от вида топлива, которое сжигается. На самом же деле падение мощности в процессе сжигания менее калорийного топлива достигает 20-30% (в случае соблюдения допустимой влажности топлива). В случае работы на топливе влажностью 35-40% потеря мощности будет еще большей, а нагар в камере сгорания понадобится чистить раз в несколько дней.

Стоит обратить внимание на то, что в рекламных буклетах достаточно часто указывается максимальная мощность котла. В процессе подбора обязательно необходимо учитывать, что в случае использования менее калорийного вида топлива мощность его будет значительно ниже той, которая указана.

Все твердотопливные котлы обладают одним существенным недостатком - это потребностью в постоянном наблюдении за горением.

Довольно часто понадобится чистить котел и при периодическом использовании - после нескольких разогревов из холодного состояния (если отопительная система с большим количеством воды) котел желательно почистить, потому как толстый слой смолы на внутренней поверхности может уменьшить его КПД. Существуют и котлы на пеллетах либо древесной щепе с автоматической загрузкой, но в связи с довольно высокой ценой и отсутствием развитого внутреннего рынка пеллет на сегодняшний день подобные устройства продаются не очень хорошо. Подобные устройства могут автоматически разжигаться и останавливаться, имеют достаточно широкий диапазон регулирования мощности и не имеют большую часть недостатков обыкновенных твердотопливных котлов с ручной загрузкой. Есть и довольно интересные автоматизированные пеллетные конструкции с возможностью работы в ручном режиме. Подобный котел чаще всего работает в автоматическом режиме загрузки пеллет (он забирает их из пристроенного бункера). При их отсутствии он может запускаться вручную с использованием дров, брикетов или щепы. В ручном режиме КПД устройства будет несколько ниже.

Выводы, которые можно сделать перед тем, как выбрать твердотопливный котел

Чугунный котел, который работает на твердом топливе, надежнее, чем стальной. Помимо того, в случае повреждения теплообменника, секцию, которая вышла из строя, можно поменять на новую. Сложная форма чугунного теплообменника способна значительно затруднить его очистку. При использовании сухого и качественного топлива, очистку теплообменника понадобится производить реже.

Твердотопливный котел, который выполнен из стали, является более простым в сравнении с чугунным, однако требует частой чистки. Обвязка тоже может обойтись несколько дороже. Обвязать устройство есть возможность как медными, так и стальными трубами. При этом медные будут предпочтительнее, потому как они более долговечны и просты в установке.

Отверстие вторичного воздуха может обеспечить дополнительный способ регулировки конструкции, а буфер повысит экономичность работы устройства и системы в целом.